كيف يمكن لإنقاذ الأرض أن يدمر مدارها: دراسة جديدة تسلط الضوء على مخاطر الأقمار الصناعية

المملكة المتحدة - وكالة أنباء إخباري

كيف يمكن لإنقاذ الأرض أن يدمر مدارها: دراسة جديدة تسلط الضوء على مخاطر الأقمار الصناعية

تتزايد أهمية التصوير عبر الأقمار الصناعية بشكل كبير في مختلف المجالات، بدءًا من مراقبة المحاصيل وصولًا إلى الحد من الفقر، مما أدى إلى إطلاق أعداد متزايدة من الأقمار الصناعية لتلبية هذا الطلب المتنامي. ومع ذلك، فإن زيادة عدد الأقمار الصناعية تحمل معها مخاطر متزايدة للتصادم، وما يترتب على ذلك من حقول حطام قد تشكل تهديدًا مستقبليًا. ورقة بحثية جديدة نُشرت في مجلة Advanced in Space Research، قام بها جون ماكنتوش وزملاؤه في جامعة مانشستر، تستكشف كيف يمكن استخدام تصميم المهمات للتخفيف من المخاطر المرتبطة بزيادة أعداد الأقمار الصناعية.

المفاجأة هي أن الحل لا يكمن في إطلاق أقمار صناعية أكبر في مدارات أعلى، وهو ما قد يبدو بديهيًا. دعونا نتعمق في المنطق الذي يوضح لماذا قد تكون الأقمار الصناعية الأصغر والأكثر عددًا هي الخيار الأفضل في الواقع. يبدأ هذا المنطق ببعض الافتراضات الأساسية. الافتراض الأول هو أنه لكي تكون الأقمار الصناعية أداة فعالة لمراقبة الأرض، يجب أن تتمتع الصور بدقة تصل إلى 0.5 متر لكل بكسل. هذا المستوى من الدقة يسمح للباحثين بمراقبة التغيرات الدقيقة في الغطاء الحرجي أو المباني، مما يتيح إجراء أحدث الدراسات باستخدام هذه البيانات.

الافتراض الثاني هو أن هذه الأنظمة يجب أن تكون بصرية، تلتقط الضوء في الطيف المرئي. في حين أن التقنيات الجديدة لمراقبة الأرض، مثل الرادار ذي الفتحة الاصطناعية (SAR)، تقدم بعض المزايا في جمع البيانات، إلا أنها تفتقر إلى قدرة الأنظمة البصرية على تحليل ما يحدث فعليًا على أرض الواقع. مع هذين الافتراضين، يصبح من الضروري إجراء بعض الحسابات.

يتم تحديد حجم النظام البصري للاستشعار بواسطة الارتفاع المطلوب والحد الأدنى للدقة المطلوبة. كلما زاد الارتفاع أو زادت الدقة المطلوبة، زاد حجم النظام البصري. لذلك، فإن المقايضة في وضع الأقمار الصناعية في مدار أعلى، حيث توجد مساحة أكبر للمناورة، تتطلب قمرًا صناعيًا أكبر لدعم هذا النظام البصري. هذا الاختلاف كبير؛ فالانتقال من مدار بارتفاع 300 كيلومتر إلى مدار بارتفاع 750 كيلومتر يزيد حجم الفتحة البصرية من 0.33 متر إلى 0.83 متر. زيادة الحجم تؤدي أيضًا إلى زيادة الوزن، وهو أمر يصبح أسيًا في الفضاء بسبب الحاجة إلى المزيد من الوقود للحفاظ على موقع القمر الصناعي. وبالتالي، ينمو حجم القمر الصناعي نفسه من وزن تقديري يبلغ 107 كجم للقمر الموجود في مدار 300 كم إلى 1360 كجم للقمر الموجود في مدار 750 كم، مع الحفاظ على نفس القدرات الرصدية.

من المسلم به أن المدارات الأعلى توفر تغطية أفضل. كوكبة من الأقمار الصناعية في مدار 750 كم تتطلب 10 أقمار صناعية فقط من هذا الحجم لتغطية أي مكان على الأرض في غضون ساعة واحدة. من ناحية أخرى، تتطلب كوكبة في مدار 300 كم 22 قمرًا صناعيًا أصغر. وهذا يبدو لصالح الأقمار الصناعية الأكبر حجمًا في المدارات الأعلى من منظور السلامة.

لكن الأقمار الصناعية الأكبر حجمًا تجعل مقطعها العرضي أكبر، مما يعني احتمالية أكبر للتصادم. الأقمار الصناعية الأكبر حجمًا التي تدور في المدارات الأعلى أكثر عرضة للاصطدام بقطعة من الحطام. في الواقع، فإن بعض أعلى "تدفقات الحطام" في المدار حاليًا موجودة بالفعل في ارتفاعات عالية نسبيًا، بين 850 و 950 كم، وهي المنطقة التي كانت تحتلها المدارات الشمسية المتزامنة القديمة. في المقابل، تسحب الجاذبية الأقمار الصناعية الموجودة في المدارات الأدنى بسرعة نحو الغلاف الجوي، مما يجعل الحطام في هذه الارتفاعات أقل انتشارًا. وهذا جزء من سبب قيام Starlink مؤخرًا بنقل بعض أقمارها الصناعية من مدار 550 كم إلى مدار أقرب إلى 480 كم.

الأهداف الكبيرة تجعل أيضًا من الحطام المزيد إذا تم ضربها بالفعل، وهذا هو الحال بالتأكيد مع الأقمار الصناعية في المدارات الأعلى. إن إخراج أحدها عن الخدمة له قدرة تدميرية أكبر بكثير، نظرًا لحجمها المتزايد مقارنة بالأقمار الموجودة في المدارات الأدنى. وهذا من شأنه أن يزيد من مجال الحطام الذي ستتعامل معه الأقمار الصناعية الأخرى، وبالتالي زيادة احتمالية حدوث المزيد من التصادمات. في جوهر الأمر، هذا يعني أن عددًا أقل من الأقمار الصناعية الأكبر حجمًا في المدارات الأعلى أكثر عرضة للتدمير وخلق حقل حطام لا يمكن اختراقه مقارنة بالأقمار الأكثر عددًا، وإن كانت أصغر، في المدارات الأدنى. في حين أنه لا يزال هناك نقص في التنظيم العالمي لتباعد الأقمار الصناعية أو مداراتها، إذا قررت منظمة ما في يوم من الأيام تطوير مثل هذا التنظيم، فيجب عليها بالتأكيد مراجعة هذه الورقة البحثية كجزء من أبحاثها.

وكالة أنباء إخباري